Tika precīzi norādīti gammas staru fotonu fotoni

Gamma-staru pārrāvumi ir daži no enerģiskākajiem notikumiem visā Visumā, tomēr līdz šim šo aizplūšanas mehānisms ir palicis kaut kā noslēpums.

mākslinieka iespaids par relativistisko strūklu, kas lauza mūs no masīvas zvaigznes. Tuvplāna panelī parādīts, kā gamma staru pārraušanas strūklas paplašināšanās ļauj izkļūt no gamma stariem (ko apzīmē balti punkti). Zilie un dzeltenie punkti apzīmē attiecīgi protonu un elektronus strūklas iekšpusē (NAOJ).

Zinātnieki no RIKEN pionieru pētniecības klastera un līdzstrādnieki ir izmantojuši simulācijas, lai parādītu, ka fotonu, kas izstaroti ar gariem gamma staru pārrāvumiem - viens no visenerģētiskākajiem notikumiem Visumā - izcelsme ir fotosfērā - redzamā “ relativistiskā strūkla ”, ko izstaro eksplodējošas zvaigznes.

Ilustrācija, kurā parādīts visizplatītākais gamma staru pārrāvuma veids, kas, domājams, notiek, kad masīva zvaigzne sabrūk, veido melno caurumu un gandrīz gaismas ātrumā izšļāc daļiņu strūklu uz āru. (NASA / GSFC)

Gamma staru sprādzieni ir visspēcīgākā Visumā novērotā elektromagnētiskā parādība, kas aptuveni sekundes laikā atbrīvo tik daudz enerģijas, cik saule izdalīsies visā tās kalpošanas laikā. Lai arī tie tika atklāti 1967. gadā, šīs milzīgās enerģijas izdalīšanas mehānisms ilgi palika noslēpumains. Gadu desmitos ilgusī pētījumi beidzot atklāja, ka ilgstošie pārrāvumi - viens no pārrāvumu veidiem - rodas no relativistiskām matērijas strūklām, kuras izmestas masīvu zvaigžņu nāves laikā. Tomēr tas, kā no sprauslām tiek ražoti gamma stari, mūsdienās joprojām tiek noslēpts.

Pašreizējais pētījums, kas publicēts žurnālā Nature Communications, sākās ar atklājumu, ko sauc par Yonetoku sakarību - sakarība starp GRB spektra maksimālo enerģiju un maksimālo gaismas intensitāti ir visciešākā līdz šim konstatētā GRB emisijas īpašību korelācija, ko izveidojis viens no tā autoriem. . Tādējādi tas nodrošina vislabāko diagnostiku līdz šim, lai izskaidrotu emisijas mehānismu, un visstingrāko testu jebkuram gamma staru sērijas modelim.

Starp citu, attiecības nozīmēja arī to, ka garos gamma staru pārrāvumus varēja izmantot kā “standarta sveci” attāluma mērīšanai, ļaujot mums ieskatīties tālāk pagātnē nekā 1A tipa supernovas - parasti tiek izmantotas, neskatoties uz to, ka tās ir daudz vājākas nekā pārrāvumi. Tas ļautu gūt ieskatu gan Visuma vēsturē, gan tādos noslēpumos kā tumšā matērija un tumšā enerģija.

Vienu brīdi 1.a tipa supernova apsteidz visu galaktiku. Šis gaišums padara tos par perfektu “standarta sveci” - objektu, ko var izmantot, lai noteiktu astronomiskos attālumus (NASA / ESA.)

Izmantojot datorsimulācijas, kas veiktas vairākos superdatoros, ieskaitot Aterui no Japānas Nacionālās astronomiskās observatorijas, Hokusai no RIKEN un Cray xc40 no Jukāvas Teorētiskās fizikas institūta, grupa koncentrējās uz tā saucamo “fotosfēras emisijas” modeli - vienu no vadošie modeļi GRB emisijas mehānismam.

Šis modelis postulē, ka uz zemes redzamie fotoni tiek izstaroti no relativistiskās strūklas fotosfēras. Paplašinoties strūklai, fotoniem ir vieglāk izkļūt no tā, jo gaismas izkliedēšanai ir pieejams mazāk objektu. Tādējādi “kritiskais blīvums” - vieta, kur fotoniem ir iespējams izbēgt - caur strūklu virzās uz leju materiālam, kas sākotnēji bija lielāks un lielāks.

Lai pārbaudītu modeļa derīgumu, komanda nolēma to pārbaudīt tā, lai ņemtu vērā relativistisko sprauslu un radiācijas pārneses globālo dinamiku. Izmantojot trīsdimensiju relativistisko hidrodinamisko simulāciju un starojuma pārneses aprēķinu kombināciju, lai novērtētu fotosfēras emisijas no relativistiskas strūklas, kas izlaužas no masīva zvaigžņu apvalka, viņi spēja noteikt, ka vismaz garu GRB gadījumā - tips, kas saistīts ar šādiem sabrūk masīvas zvaigznes - modelis strādāja.

Ito rezultātu salīdzinājums ar novēroto Yonetoku saistību (Ito)

Viņu simulācijas arī atklāja, ka Yonetoku attiecības varētu reproducēt kā reaktīvo un zvaigžņu mijiedarbības dabiskas sekas.

Hirotaka Ito no Pionieru pētniecības klastera saka; "Tas stingri norāda, ka fotosfēras emisija ir GRB emisijas mehānisms."

Viņš turpina: “Kamēr mēs esam noskaidrojuši fotonu izcelsmi, joprojām ir noslēpumi par to, kā sabrukušās zvaigznes rada pašas relativistiskās strūklas.

"Mūsu aprēķiniem vajadzētu sniegt vērtīgu ieskatu, izpētot šo ārkārtīgi spēcīgo notikumu ģenerēšanas pamatmehānismu."

Avoti

Oriģinālais pētījums: http://dx.doi.org/10.1038/s41467-019-09281-z

Publicēts arī Scisco medijos